[发明专利]一种柔轮材料及热处理工艺方法

说明书

一种柔轮材料及热处理工艺方法，包括如下步骤：准备柔轮材料；依次对柔轮材料进行均匀化退火、多向锻造、双重正火、循环等温退火、快速循环淬火和去应力退火，完成对柔轮材料的热处理。通过均匀化退火得到均一组织；通过多向锻打，消除基材宏观与微观材料缺陷；通过双重正火消除锻打引起的碳化物偏析，细化晶粒；通过循环等温退火细化碳化物尺寸，实现碳化物球化，提高切削性与材质均匀性；通过快速循环淬火大幅细化晶粒尺寸，实现超晶组织，在不降低材料强度的基础上，大幅提高材料的韧性，满足柔轮抗冲击性与高疲劳性要求；通过去应力退火，消除内应力，提高柔轮加工尺寸的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种柔轮材料及热处理工艺方法，实现柔轮基材的高强度、高纯度、高韧性，满足高端领域对谐波减速器超长使用寿命需求。

背景技术

柔轮作为谐波减速器中最为薄弱也是最易发生疲劳破坏的零件，其材料及热处理技术是整个柔轮的核心关键技术。目前国内外柔轮普遍采用高品质合金钢材料(如40CrNiMoA、40Cr等材料)，这类材料存在防腐性与强韧性较差，究其原因在于基材中Ni元素含量较低致使防腐性能较差，缺少Nb、V与Ti等微细化合金元素致使基材难以实现超细晶组织(晶粒度高于12级)。在热处理工艺方面由于国内外厂商技术保密，鲜有公开的文献与专利，目前在柔轮热处理工艺方面，国内厂商普遍采用普通调质(淬火+高温回火)的工艺，该工艺方法使得基材的晶粒度仅能达到8-9级，难以达到12级，另外基材中碳化物存在偏析、颗粒大小不一致等问题，致使基材的抗疲劳性能大幅下降。寻求一种高纯度、高韧性、高强度基材热处理工艺方法成为制约高品质、长寿命柔轮的核心关键技术。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种柔轮材料及热处理工艺方法，实现柔轮基材的高强度、高纯度、高韧性，满足高端领域对谐波减速器超长使用寿命需求。

本发明的技术解决方案是：一种柔轮材料热处理工艺方法，包括如下步骤：

准备柔轮材料；

依次对柔轮材料进行均匀化退火、多向锻造、双重正火、循环等温退火、快速循环淬火和去应力退火，完成对柔轮材料的热处理。

进一步地，所述柔轮材料各化学成分的质量比例分别为，C：0.3～0.38％，Si：≤0.4％，Mn：0.6～0.8％，Ni：1.6～2.0％，Cr：1.3～1.7％，Mo：0.2～0.3％，P：≤0.015％，S：≤0.004％,：Nb：0.02～0.06％,V：0.06～0.10％,Ti：0.01～0.05％,W：0.06～0.10％，H₂≤1ppm，O₂≤20ppm，N₂≤50ppm。

进一步地，所述均匀化退火包括如下步骤：

将柔轮材料加热至Ac3+(150-300)℃，保温时间不低于10h，随炉冷却至常温；消除柔轮材料的枝晶组织与直径大于0.02mm的第二相组织，实现柔轮材料的带状偏析比降低至0.5以下。

进一步地，所述多向锻造包括如下步骤：

任意定义直角坐标系，在直角坐标系X、Y和Z三个方向对柔轮材料循环锻打，每个方向锻压量不低于50％，应变率为0.001～10s-1，执行三次循环；三个循环后待锻件温度达到830-850℃，进行油冷。

进一步地，每次循环锻打前，对柔轮材料进行600-650℃预热并保温预设时长；然后将柔轮材料加热至始锻温度1200-1225℃，开始锻打；锻打一段时间后，停止加热，并继续锻打，直至温度降至950-1100℃。

进一步地，所述双重正火包括第一次正火和第二次正火；第一次正火的温度为Ac3+100-200℃；第二次正火的温度为Ac3+40-60℃。

进一步地，所述循环等温退火包括如下步骤：